性能測試技術7.1壓氣機性能測試7.1.1壓氣機性能試驗臺組成及其功能壓氣機性能包括流量、壓比、效率及轉速四個參數。壓氣機性能試驗臺組成包刮恒溫進氣系統，驅動系統，潤滑系統，測控系統等。圖7-1壓氣機性能試驗臺示意圖7.1.2壓氣機性能試驗臺的關鍵問題1.進氣系統壓氣機絕熱壓縮功可用下式計算：式中，k—空氣絕熱指數；R—空氣氣體常數；T1—壓氣機進口溫度；πk—壓氣機壓比。絕熱效率可用下式表示：式中，Tk—實際壓縮終溫。計算表明：壓比一定時，T1增加60℃，ηack只降低0.5%。為提高測試的準確性要盡量保持進口溫度穩定，一般采取以下一些措施：1）若風源壓力足夠大，冷吹比熱吹準確性好。2）設一帶濾網和進氣消聲裝置的靜室，靜室取氣于空干凈的大車間或其

它非陽光直射的大空間。3）壓氣機進口管道隔熱。4）測試室空氣流通良好。2.驅動系統

測量壓氣機性能必須有驅動裝置，只要能達到壓氣機最高轉速，最大流量，采取何種驅動裝置均可，通常有機械式和氣動式兩大類。（1）風源對車用、工程機械、移動電站及高速船機等動力裝置用的廢氣渦輪增壓器，其壓氣機性能用的風源以多級離心式壓縮機和螺桿式壓氣機為宜。（2）升溫裝置升溫裝置可分電加熱和燃燒加熱兩種型式。電加熱可確保氣流的穩定和清潔，但建臺成本較高。燃燒加熱容易獲得高溫氣流，但系統和調節較復雜，且工質不干凈，容易臟污渦輪，若燃氣流不均勻還會燒壞渦輪如圖所示。圖7-2燒損的渦輪3.潤滑系統中的儲能裝置

壓氣機能高速運轉是與浮動軸承內外油膜分不開的，油膜是靠油壓來保證的，在長達數小時的試驗過程中潤滑油壓必須穩定且足夠高。為此潤滑油路中必須設一儲能裝置，如圖7-3所示。圖7-3潤滑油系統示意圖4.自循環的溫升比

在壓氣機性能試驗中，當壓氣機出口壓力超過風源出口壓力時就有可能用增壓器的壓縮空氣代替風源氣體，通過燃燒室升溫補充能量吹動渦輪，驅動壓氣機，構成自循環。

溫升比是指渦輪進口溫度TT與壓氣機出口溫度Tk之比，可用下式表示：式中，ηTk=壓氣機絕熱效率

計及燃料流量及漏泄量的壓氣機質量流量；

表示壓氣機進氣管路中的相對壓力損失表示壓氣機出口至渦輪進口管路中的相對壓力損失。由上可見：1）管路中漏泄量越多，溫升比越大；壓力損失越多，溫升比越大。2）漏泄量多少與安裝質量有關；壓力損失與管道設計及管內壁粗糙度有關。管道彎頭曲率半徑越小，管內壓力損失越多。3）溫升比大到渦輪及相應管路材料耐熱極限，表明該臺架已達工作極限。7.2渦輪性能檢測7.2.1重視渦輪性能的改善渦輪性能主要由渦輪膨脹比，渦輪轉速，渦輪流量，渦輪效率，渦輪膨脹功等參數組成。由于渦輪性能參數變化域較寬，在增壓匹配中往往能涵蓋壓氣機性能參數變化域，故對渦輪性能不被引起注意，只注重壓氣機性能，其實這是一個誤區。在當今排放法規日益苛求情況下，后處理裝置占據了一段排氣壓差，影響了渦輪充分膨脹，不得不以提高增壓比及增壓器總效率來加以補償。因而提高渦輪性能越來越受到重視。7.2.2渦輪膨脹功的測渦輪性能測試中的關鍵問題主要是渦輪膨脹功的測試。當前測定渦輪膨脹功最佳方案是用特制的高速測功器。而這種高速測功器成本高，目前尚未普及。測試渦輪膨脹功一般情況下用壓氣機作測功器，這種測試方法的優缺點如下：主要優點是：1)渦輪及壓氣機性能同時測定，減少系統測試誤差；2)臺架結構相對簡單，成本較低，操作也較方便。主要缺點是：1)渦輪工況不穩，影響測試精度；2)以燃氣為工質，渦輪進口界面溫度不均勻，容易出現炭黑污染甚至局步燒結等現象；3)燃燒室及其后管段對環境散熱，容易引起壓氣機性能飄移；4)工質電加熱測試渦輪性能，這是較為理想的方案，工質干凈，不損工件，易調節進口溫度，但經濟性較差。7.2.3渦輪綜合試驗臺1.渦輪綜合試驗臺的組成渦輪性能綜合測試的試驗臺方案如圖7-4所示。該臺架由開式的壓氣機性能測試迥路和閉式的渦輪性能測試迥路聯合組成。中間有一個燃氣渦輪和離心式高溫氣體壓縮機。靜室是測壓氣機性能必需的。圖7-4渦輪試驗臺示意圖渦輪試驗臺特點：1)渦輪壓氣機運行平穩，參數測定的準確性高；2)工質干凈，不污染渦輪；3)迥路閉式，電加熱器Dc耗能少；耗氣量很少，風源本身能耗很少。故臺架經濟性好，尤其適應耐久試驗；4)兩迥路之間通過屏蔽可改善測試環境，減少壓氣機性能測定時熱輻射干擾。5)臺架實現遠距離全程自動控制，工作條件可以大為改善。7.3超速包容性檢測7.3.1超速包容性檢測必要性

渦輪增壓器處高溫、高速環境下工作，若再考慮材質和熱加工工藝的不穩定性，對其工作可靠性帶來很大影響。工傷事故已有發生，因此，對產品進行超速性，包容性檢測十分必要，尤其是新產品或重大改進后的產品。超速、包容性檢測一般情況下可同時進行。7.3.2超速包容性檢測要求(1)記錄葉輪飛裂轉速。(2)搜集飛裂碎片，以分析飛裂原因。(3)確保碎片穿不透保護裝置，做到絕對安全。7.3.3超速包容性檢測裝置

超速包容性檢測試驗可在壓氣機、渦輪性能綜合測試臺上進行。檢測時在被測件旋轉平面處加一個移動式保護裝置。保護裝置由左、右保護罩、安裝導板及移動式支架等組成，如圖7-5、7-6和7-7所示。圖7-5超速包容試驗保護罩圖7-6鉛磚示意圖a)罩直壁內層用b)罩頂內層用圖7-7保護罩安裝導板及支架7.4密封性檢測7.4.1建密封性試驗臺必要性

較為精確定量反映漏油狀態，找出漏油的結構因素，為提高密封性減少漏油量提供手段。7.4.2密封性試驗臺的工作機理

由于潤滑油的粘滯性大及其影響因素多元性，密封性試驗臺以空氣取代潤滑油為臺架試驗的工質。正因為工質不同，各自的影響因素只能相對而言。離開了具體產品，檢測結果只能作定性分析。圖7-8密封試驗臺工作原理圖7.4.3密封性試驗臺的臺架組成密封性試驗臺由壓縮空氣源，集氣系統，測量系統及數據處理系統組成。圖7-9照片示出了一個簡易密封性檢測臺。圖7-9密封試驗臺壓縮空氣源包括空壓機一臺1-2m3穩壓筒一個及除水裝置一套。要求穩壓，無水，出氣最高壓力≮0.8MPa。

集氣系統包括壓端集氣殼渦端集氣殼，轉子體安裝支架，控制閥及管路等部件。

測量系統由測漏流量計溫度傳感器，壓力傳感器等組成。

測漏流量計由圖7-10所示，是密封性檢測臺的關鍵測量件。為減少流動阻力，喇叭形進口圈的子午剖面線呈雙紐線曲線。圖7-10測漏流量計示意圖(4)數據處理系統在檢測之前必須嚴格查漏，待工況穩定2min后開始記錄。把采集的數據輸入計算機，按輸入的程序運算，即可顯示結果，判斷產品合格與否。在開發新產品過程中，顯示的結果為分析漏油原因，改進密封結構提供了依據。7.5雙紐線流量計流量系數的測定7.5.1問題的提出

空氣流經雙紐線流量計壓力損失少，應用廣泛。

但雙紐線數學表達形式不同，雙紐線流量計結構至今未能實現標準化，從而測得的流量值各有所異，影響增壓匹配效果。

為了較準確表達流經雙紐線流量計的實際流量，必須提高測量精度，關鍵在于準確表達雙紐線流量計的流量系數。

在內燃機增壓系統的匹配試驗中，空氣流量變化域較寬，就常規標定方式無法涵蓋這一寬廣的流量變化域，采用標準流量計分段反拷法來求取雙紐線流量計流量系數。7.5.2雙紐線流量計流量系數測定1.測量系統

為了在壓氣機試驗臺上測量雙紐線流量計流量系數，對壓氣機試驗臺作一簡單調整，如圖7-11所示。圖7-11雙紐線流量計流量系數測量系統示意圖2.流量系數測定探索

試驗是在壓氣機性能試驗臺上進行的。先在測量段流量范圍內選取三個流量值,用雙紐線流量計的流量計算式反算出三個流量系數ξ1、ξ2、ξ3作為初始設定值。以渦輪進氣閥三個開度為一組,渦前壓力為自變量,測定兩個流量計相應的流量參數,并得出相應的流量值。當兩個流量不相吻合時,修正設定值ξ1、ξ2、ξ3,直至兩個流量相吻合,這個修正值ξ可作為該雙紐線流量計該段流量工況下的流量系數ξd。兩個流量相吻合程度取決于該雙紐線流量計測量精度的要求。7.5.3改進的流量系數校驗臺

為了提高測量精度和測量效率,采用改進的流量系數校驗臺更顯合理。圖7-13為改進的流量系數校驗系統示意圖，由圖可見，該系統主要由雙紐線流量計、標準流量計、抽風機、變頻電機和圓形截面管道組成。圖7-13改進的流量系數校驗系統示意圖標準流量計這里指的標準流量計是國家標準GB/T2624-2006里所述的孔板、噴嘴、文丘里噴嘴及文丘里管。直線圓形截面管道聯結雙紐線流量計和標準孔板流量計之間是直線圓形截面管道。標準孔板流量計取壓口位置上游設在距迎風面D處，下游設在距迎風面D/2處。取壓口直徑dp＜0.13D或＜13mm，dp下限以不阻塞為原則。風機及變頻電機流經雙紐線流量計的空氣量由標準孔板流量計之后的風機抽吸來實現，風機最大流量必須滿足校驗系統最大值，可單臺風機或多臺風機并聯抽氣。風機由變頻電機驅動，可方便地以調節流量，滿足校驗需要。7.6流道面積檢測7.6.1問題的提出

廢氣渦輪增壓器內部空間小，形狀復雜，其中的氣體流動參數很難測量，尤其是與氣流流線相垂直的流道面積至今很少見不接觸式測量方法的報導。

一種不接觸式的渦輪及壓氣機流道內部氣流參數的測量裝置，可以較準確的測量各流動截面氣流的總壓、靜壓和總溫三個參數,從而算出流道面積,為正確設計增壓器流道提供一種手段。7.6.2檢測系統的組成檢測系統由抽風機、測壓頭、測壓體、支架及信號處理系統等部分組成，測壓頭和測壓體分別如圖7-14和7-15所示。圖7-14流道測壓頭示意圖圖7-15流道測壓體示意圖7.7增壓舷外柴油機性能檢測7.7.1問題的提出游艇事業快速發展,其在動力性和排放特性等方面日益苛求；軍用舟艇為確保安全，迫切以柴油為燃料的發動機逐步取代傳統的汽油機。因而、柴油舷外機采用增壓及中冷技術成了首選的方案。對舷外增壓柴油機、螺旋槳、船體三者的特性匹配和性能檢測技術的研究成了當前的一項關注的課題。7.7.2試驗臺架組成試驗臺架如圖7-16及圖7-17所示圖7-16多功能舷外機試驗臺示意圖圖7-17船槳特性測試系統示意圖大平板測功系統在大平板上安裝了發動機測功系統，包括扭矩、轉速、油耗及煙度等參數測量設備。

船體模型與循環河道船的寬長比由專設船體模型來實現，如圖7-17所示。

移動蓋板和三維起吊裝置為使操作方便、安全，河道上方設有移動蓋板。

遙控遙測控制室為了實現遙控遙測，試驗臺設有控制室，數據自動采集、處理、儲存、打印輸出。

測試儀表本測試系統設轉矩儀；拉力計；深度計；流速計；油耗儀；煙度計；噪聲儀；高低溫度計；增壓系統壓力、溫度、轉速測量系統，等。(6)整個臺架布置在室內

7.7.3檢測內容增壓舷外柴油機螺旋槳特性檢測主要包括以下一些內容：1)增壓柴油機的動力性、經濟性和排放特性復核檢測；2)舷外機實船螺旋槳特性測定；

3)舷外機機械效率測定；

4)螺旋槳及變速系統結構參數優化匹配試驗；

5)船速，吃水深度及不同寬長比的船體特性檢測；

6)可靠性、耐久性試驗，等。7.8換熱器虛焊檢測7.8.1問題的提出內燃機增壓系統中有油冷器、中冷器、冷凝器等換熱部件,多為鋁制片及不銹鋼片釬焊而成。這些部件在出廠之前已做了5至10倍工作壓力的高壓試驗,但產品使用過程中還會遇到熱沖擊、劇烈振動等惡劣環境,使其本來釬焊合格的隔層脫焊,造成油水混合的嚴重事故。這種釬焊失效模式通常叫做“虛焊”。7.8.2雙腔閉式的換熱器虛焊檢測技術對油、水或氣、水雙腔閉式的換熱器虛焊失效模式的檢測，采用氣測法，圖7-18為雙腔閉式的換熱器示意圖，實測雙腔閉式的換

熱器氣體壓力變化規律，得到以下幾種情況：1）當油腔壓力升至1MPa時，水腔產生10mm水柱表壓力，當油腔壓力升至5.5MPa時，水腔壓力升至60-100mm水柱，這就為創建氣測法驗證了理論。2）在油腔壓力相同時，水腔虛焊面積大者，其容積縮小量顯著，其壓力升高值大；反之則小。3）當油腔壓力升高時，水腔壓力升高；當油腔壓力降低時，水腔壓